طراحی و بهینه سازی یک حسگر فشار نوین خازنی مبتنی بر تکنولوژی سیستم های میکروالکترومکانیکی (MEMS)

در این مطالعه یک سنسور فشار نوین مبتنی بر مکانسیم خازنی با طرح الکترودهای ایستانده در قالب شانه های خازنی که نقش الکترودی حسگری را بازی خواهد کرد ارائه می شود. این طرح حساست بیشتر با قابلیت مجتمع پذیری بالاتر و نرخ دینامیکی بهتر را به ارمغان می آورد. حساسیت یکی از پارامترهای بسیار مهم در طراحی سنسورها می باشد که در سنسورهای فشار خازنی متداول با کاهش فاصله ی هوایی بین الکترودهای حسگر و دیافراگم و یا افزایش ابعاد دیافراگم برای خمش بیشتر با اعمال فشار کمتر بدست می آید. تغییر در این دو پارامتر برای دست یابی به حساسیت بیشتر، همواره با محدودیت هایی همراه است. در این مطالعه با ارائه ی ساختار شانه خازنی به عنوان الکترودها حسگر، تاثیر هر دو پارامتر موثر در حساسیت را همزمان در اختیار گرفته و می توانیم یک سنسور با حساسیت بالا بسازیم. شبیه سازی، تحلیل و بهینه سازی این سنسور با روش FEM (Finite Element Analyze) در محیط ANSYS صورت گرفته است. در این مطالعه نرخ همپوشانی مساحت الکترودها از مقدار 10% تا 90% شبیه سازی می شود. همچنین برای ابعاد دیافراگم که فشار بر روی آن اعمال خواهد شد، دو مقدار 500μm2؛×500 و 1000μm2؛×1000 برای مساحت کل سنسور شبیه سازی می شود. تغییرات فشار اعمالی به سطح دیافراگم نیز درباره ی صفر الی 100 کیلو پاسکال برای این ساختار پیشنهادی مد نظر گرفته شده است. بیشترین حساسیت 66 fF/KPa در نرخ مساحت 10% و ابعاد سنسور 1mm2؛×1 بدست آمد.

کلیدواژه ها:

حسگرهای خازنی ، آرایش الکترودی شانه خازنی ، حساسیت ، سیستم های میکروالکترومکانیکی